探究性化学教学的研究与实践

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  在化学教学中,实验既可以激发学生学习的兴趣,又可以让学生获得新知识,验证和巩固原有知识,更重要的是它还能让学生学会科学的学习方法,提高科学探究的能力。因此,教师在教学中适时引导学生进行探究式学习,是新课改的核心和突破口,是学生学习化学、学好化学十分有效的途径。
  探究式教学以其未知性与问题性、发现性与探索性、过程性与开放性、主动性与互动性而有利于学生掌握与应用科学知识,建构与发展科学概念,理解科学本质与科学过程。实验是进行科学探究的手段,教师在学生进行探究过程当中是否充分发挥指导作用,将会直接影响到探究活动实施的效果。在探究实验教学中,教师指导学生观察实验应是适时的、有效的,让学生深入思考、发挥思维能力、掌握实验操作要领,在探究中获得新知,并逐步养成化学实验研究所必需的科学态度和方法。
  1 以新的实验教学理念为导向
  1.1 重视实验的探究过程
  根据实验在认知过程中的作用,可将实验分为探索性和验证性两类。探索性实验就是为探索研究对象的未知性质、变化和组成,以及与其相关对象的关系等而设计的实验。验证性实验就是对研究对象有了一定了解,并形成了一定认识或者提出了某种假说,为了验证这种认识或假说是否正确而进行的实验。验证性实验和探索性实验在认识过程的不同阶段,都有各自的作用,均不可偏废。但无论是验证性实验还是探索性实验,在实施过程中都必须重视发挥学生的自主探究过程。
  例如,关于分子运动的实验,如果将盛氨水的小烧杯与盛浓盐酸小烧杯靠拢放在一起,并用大烧杯将它们罩住。不久可以观察到两个小烧杯上方出现白烟。通过这个实验,可以证明两种不同物质分子在运动到一起后发生了反应。如果做完实验,教师就根据实验现象得出结论,尽管是先观察实验,后得结论,也不能说这就是探索性实验。因为学生并没有根据实验现象进行探索。应该引导学生对实验现象进行分析,学生对为什么出现白烟的可能提出几种猜想,并让他们提出证明猜想的假设,然后通过实验验证。究竟是氨气分子运动到了盐酸的烧杯里,还是氯化氢分子运动到氨水的烧杯里,或也可能是两种物质的分子都挥发并扩散了出来。经过分析、交流讨论,获得两种物质都具有强烈的挥发性,浓氨水和浓盐酸中都有人眼看不到的微粒逸出,这些微粒相互接触就产生白烟。只有这样结合实验引导学生探究,最后得出结论,才是探索性实验,才有利于学生能力的培养。因此,在实验教学中必须努力增强探究过程。
  1.2 引导学生设计探索性实验
  学生设计探索性实验是学生把学到的理论知识运用到实际中的一个重要手段,能培养学生的创造性思维。在设计探索性实验时,教师只需提出探索性问题,而实验方案的设计、步骤的实施、结论的给出等这些工作要让学生亲自去做。
  例如这样一个实验探究题:怎样检验出长期盛装NaOH溶液的试剂瓶口附着的白色固体的成分?问题提出后,全班学生分成几个探究小组,先小组内进行讨论,提出制取白色固体的可能成分,要求学生对每种成分的可能与否运用已掌握的相关知识进行理论推导,然后小组分头进行实验,对每种推测的成分都要进行实验验证。学生在实验探索中不仅熟悉了常见仪器的正确使用方法,而且还很好地提升了学生的学科整体素质。学生通过设计实验、动手实验,最终学会了用实验研究来解决化学问题的方法,激发了学习的兴趣,培养了学生分析问题、独立操作、解决问题的能力,提高了学生缜密的思维能力,为学生在高中的进一步学习打下了坚实的基础。
  2 以教材中的信息为实践探究的源泉
  2.1 对部分修正内容的实践探究
  新课标教材的使用过程中,发现有不少知识的叙述与旧版教材有些许出入。
  1)浓H2SO4不慎沾在皮肤上的处理问题。人教社(2012版)教材九年级化学(下册)这样叙述紧急处理方法:“如果不慎将浓硫酸沾到皮肤或衣服上,应立即用大量水冲洗,然后涂上3%~5%碳酸氢钠溶液。”[2]53而旧版教材却是“如果不慎在皮肤或衣服上沾上浓硫酸,应立即用布拭去,再用水冲洗……”针对新、旧教材中的这一修改,教师可引导进行实证探究,以不同体积比的浓硫酸与水进行混合互溶试验,进一步测定溶解释热的温度,并最终得出结论:旧版教材中强调先应立即用布拭去浓硫酸旨在为了防止稀释时浓硫酸释放的热造成实验者皮肤灼伤,但前提条件是水与浓硫酸的体积比要小于4:1;新教材的修改则更加体现了客观现实性,实验时不慎沾在皮肤上浓硫酸的量不会很多,用大量的水冲洗足以把热量吸收,所以不会造成皮肤灼伤。
  2)CO32-与Cu2 在水溶液中的反应问题。在进行初中化学“复分解反应”相关知识的教学时,经常要用到教材附录1的“部分酸、碱和盐的溶解性表(室温)”[2]114。湖北省初中阶段化学教学使用的是人教社发行的教材,在于2010年11月第8次印刷的人教版《义务教育课程标准实验教科书·化学·九年级下册》109页附录1中,把以往由CO32-与Cu2 结合形成的化合物由“不溶于水”修正为“不存在或遇水分解”。根据这一修改,使笔者联想起在以往的教学中对于CO32-与Cu2 的反应常常认为产物是CuCO3沉淀,但看来事实并非如此。
  在一线的教学中教师往往会忽视了一些教材中的细节问题,但笔者却认为正是此类的细小知识更能突显学科知识的完备性和科学性。如果教师和教研人员能在这些问题上加以注意并认真推敲的话,那么在如试卷命制、教学研讨等活动中即可避免出现一些知识性的错误,再者对提高教师专业水平能力也大有益处。
  2.2 对探究性实验的再延伸与再应用
  新课标教材把一些演示实验改为边讲边实验,将验证性实验改为探索性实验,而不再硬性规定学生实验与演示实验。在进行“空气中O2含量的测定实验”的教学中,学生们联系化学知识明白了设计此实验的原理,教师不妨待学生学习了“碱的化学性质”一章后留给学生一个实验探究实践题:“空气中CO2相对含量的测定”。学生大多想到用澄清石灰水或NaOH溶液进行实验测定,但事实上利用以上两种试剂进行测定的可行性并不高,其主要原因有两点。一是两种碱性试剂腐蚀性强,在使用时存在安全隐患;二是需要一种合适的仪器并配合使用上述试剂,使实验测量结果准确度大大提高,但目前中学阶段的常规仪器还无法达到这一要求。   我们参照酸碱中和反应的原理,再添加一种高灵敏度的指示剂,并配合自身带有刻度的密封性仪器,使用注射器作为测定仪器,将滴加指示剂(酚酞试液)后变红的稀氨水作为反应试剂,这样一套简易的设计就可初见雏形了。
  3 从实验现象的异常现象切入
  实验教学的价值在于培养学生的科学探究能力,引导学生观察和思考化学问题,增强学生的科学素养。由此可见,根据教学内容设计探究情景,指导学生从平常的现象着手探究,非常必要。
  笔者在指导学生探究金属的化学性质时,学生发现:铝与同pH的盐酸和硫酸在常温反应时,两者速率相差很大[3]。于是,笔者鼓励学生大胆假设、积极探究,学生进行了下列假设和实验:
  假设:①Cl-对反应有促进作用;②SO42-对反应有阻碍作用。
  实验设计:取两片等质量、外形和组成相同的铝片(氧化膜已经被完全除去),分别加入到盛有同体积、同pH值的稀硫酸和盐酸的两支试管(相同体积)中。①再加入少量NaCl或者KCl固体(或者其他可溶的氯化物固体)于稀硫酸的试管中,如果能使反应速率加快,则假设①成立;②再取少量Na2SO4或K2SO4固体(或者其他可溶的硫酸盐固体)于稀盐酸的试管中,如果能使反应速率减小,则假设②成立;
  结论:Cl-对反应有促进作用。
  教师提出问题:要加快铝与稀硫酸的反应,应该采用什么措施?
  学生在已有的知识基础上,经过查阅资料,提出了以下措施:
  ①加入含有Cl-的可溶性氯化物;②给反应体系加热;③将铝片用铝丝(或铝粉)代替;④增加稀硫酸的浓度。
  实践证明,从实验中的异常现象切入,能促使学生捕捉化学反应的奇特现象和细微变化,能提高学生发现问题和探究问题的能力,有助于培养学生求真求实的科学态度。
  4 运用探究性实验进行教学的反思
  教学实践和课堂观察表明,运用探究性实验进行教学中的各个环节都具有非常重要的作用:能在较短的时间里使学生进入学习状态,激发学生的学习兴趣。同时教师要结合学生的实际认知水平能力,围绕着产生的问题,引导学生设计实验,体验科学研究的过程。教师再适时地加以引导,帮助学生顺利完成实验探究。因此,学生可以将所学到的知识应用到解决问题中,既可以使所学知识得到升华,又可以培养解决实际问题的能力。
  当然,实践探究型教学模式在实施过程中也存在着一定的问题,例如,设计的问题有时也许会脱离初中学段学生的实际,无法吸引起学生对该问题的兴趣;有些教师对教材内容的深度和广度把握不够,还需要进一步钻研教材;在探究性实验中,有时学生的合作学习流于形式,不能很好地控制,学生自身个体差异性大,参与探究活动的积极性低,难以收到实效。这些都需要在探究式教学模式的实施过程中要不断加以完善以便达到更好的教学效果。
  参考文献
  [1]刘知新.化学教学论[M].4版.北京:高等教育出版社,2009:214.
  [2]王晶,郑长龙.义务教育教科书(2012版)·化学:下册[M].北京:人民教育出版社,2012.
  [3]王胤琪.重新审视铝与酸溶液的反应[J].中小学实验与装备,2011(3):8-9.
  (作者单位:湖北省通山县实验中学)
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